Hiện nay, nguồn nước ngày càng ô nhiễm và gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người và sự sống của các sinh vật khác. Nước thải từ các quá trình sản xuất (khai khoáng, luyện kim...) khi chưa xử lí chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao như Pb, Cu, Mn... Khi xâm nhập vào cơ thể, ion chì tích tụ gây rối loạn chức năng hệ tiêu hoá, hệ thần kinh, ngăn cản quá trình chuyển hoá năng lượng của các enzyme. Ion đồng cũng gây một số tác hại nguy hiểm đối với con người: gây kích ứng mũi, miệng và mắt, đồng thời gây đau bụng, nôn mửa…. Vì thế, việc nghiên cứu xử lí các ion kim loại nặng trong nước thải, đặc biệt là ion chì và đồng là một công việc cần thiết.
|
Hiện nay, phương pháp hấp phụ được nghiên cứu, ứng dụng nhiều trong xử lí ion kim loại nặng do có nhiều ưu điểm như: khả năng xử lí nhanh, hiệu quả xử lí cao, không tạo ra chất độc hại thứ cấp… Một số vật liệu đã được tổng hợp và nghiên cứu xử lí ion Pb(II) và Cu(II) trong nước: kết hợp vật liệu UiO-66-NH2 MOF vào sợi nano PAN/chitosan; sử dụng vật liệu zeolite. Các vật liệu này cho hiệu quả xử lí tốt nhưng vẫn còn một số hạn chế về mặt kinh tế, môi trường nên các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp điều chế vật liệu hấp phụ trong xử lí môi trường như hấp phụ Cd, Cu, Pb, Zn... bằng lignocellulosic hay hấp phụ các ion kim loại nặng bằng vỏ cà phê. Trong đó, than sinh học được nghiên cứu sử dụng nhiều để xử lí ion kim loại nặng trong nước thải. Than sinh học thường có cấu trúc mịn, xốp được chế tạo bằng cách nhiệt phân các phụ phẩm nông nghiệp giàu carbon trong điều kiện không có khí oxygen. Các nghiên cứu đã đây cho thấy được tính hiệu quả và khả thi của việc sử dụng than sinh học chế tạo bằng các phụ phẩm nông nghiệp trong việc xử lí ion kim loại nặng. Do đó, nghiên cứu khả năng xử lý ion Pb(II) VÀ Cu(II) trong dung dịch bằng than sinh học điều chế từ mùn cưa được thực hiện.
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã khảo sát các yếu tố tác động đến quá trình hấp phụ ion Pb(II) và Cu(II) trên vật liệu than sinh học điều chế từ mùn cưa. Các yếu tố khảo sát bao gồm: giá trị pH (2,0-6,0), nồng độ ion kim loại (5-200 mg‧L-1 ), thời gian hấp phụ (5-1440 phút), khối lượng than sinh học (0,05-0,10g). Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại đạt 62,11 mg‧g-1 đối với Pb(II) và 20,49 mg‧g-1 đối với Cu(II) ở pH = 4,0 và thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 120 phút. Quá trình hấp phụ ion Pb(II) và Cu(II) trên than sinh học phù hợp hơn với quy luật động học bậc hai và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.
Nghiên cứu đã chỉ ra khả năng xử lí khác nhau của than sinh học được điều chế từ mùn cưa với hai ion là Pb(II) và Cu(II). Điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Pb(II) và Cu(II) của BC-MC là pH = 4,0 và thời gian cân bằng hấp phụ là 120 phút. Quá trình hấp phụ ion Pb(II) và Cu(II) trên BC-MC xảy ra theo động học bậc hai. Quá trình đẳng nhiệt hấp phụ ion Pb(II) và Cu(II) trên BC-MC phù hợp hơn với mô hình Langmuir. Dung lượng hấp phụ cực đại (qm) của BC-MC đối với ion Pb(II) và Cu(II) có giá trị lần lượt là 62,11 mg‧g-1 và 20,49 mg‧g-1 . Với mẫu nước thải thu được từ phòng thí nghiệm (nồng độ ion Pb(II) 57,77 mg‧L-1 và ion Cu(II) 214,62 mg‧L-1 ), BC-MC đã xử lí các ion kim loại với hiệu suất 30-42% (khối lượng BC-MC là 0,05 g). Kết quả này cho thấy BC-MC có tiềm năng xử lí nước thải với ưu điểm chi phí khá thấp và xử lí nhanh. Sau nghiên cứu này, nhiều hướng nghiên cứu khác có thể thực hiện: xây dựng quy trình xử lí hiệu quả ion Pb(II) và Cu(II) trong nước thải công nghiệp, biến tính vật liệu nhằm nâng cao dung lượng hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II), hay khảo sát mở rộng hiệu quả xử lí với các ion kim loại khác.
Nghiên do tác giả Phạm Tăng Cát Lượng (Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh) cùng các tác giả khác thực hiện. Kết quả nghiên cứu đăng trên Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM; Tập 18, Số 12 (2021): 2162-2177. |